EP2444615A1 - Waste gas guidance device for a combustion engine - Google Patents

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EP2444615A1
EP2444615A1 EP11184340A EP11184340A EP2444615A1 EP 2444615 A1 EP2444615 A1 EP 2444615A1 EP 11184340 A EP11184340 A EP 11184340A EP 11184340 A EP11184340 A EP 11184340A EP 2444615 A1 EP2444615 A1 EP 2444615A1
Authority
EP
European Patent Office
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exhaust
exhaust gas
housing
heat exchanger
manifold
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11184340A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen Hüsges
Hans-Ulrich Kühnel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
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    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers
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    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas routing device for an internal combustion engine having an exhaust manifold with a housing in which at least one exhaust duct, a plurality of exhaust gas inlets, which are fluidically connected to exhaust passages of a cylinder head or a crankcase and at least one exhaust outlet are formed, an exhaust gas recirculation valve, which is arranged directly on the exhaust manifold is and at least one coolant channel formed in the housing of the exhaust manifold.
  • Exhaust manifold for receiving the exhaust gas from the combustion chambers of the internal combustion engine are usually made of high-temperature cast, such as gray cast iron, otherwise the maximum allowable thermal stress on the components would be exceeded.
  • the known exhaust manifolds usually have one, two or three exhaust gas outlets, depending on whether the internal combustion engine is designed with or without a turbocharger and whether an exhaust gas recirculation directly uses the exhaust manifold as a branch or the exhaust gas recirculation branch is arranged only behind the exhaust manifold.
  • an exhaust gas recirculation valve may be attached directly to the exhaust manifold housing.
  • an exhaust gas cooler is usually arranged in modern internal combustion engines in order to be able to reduce the pollutant emissions in a known manner.
  • the disadvantage is that the cooling effect to optimize pollutant emissions is often not high enough or too high an energy input into the coolant takes place, as this always cools the entire amount of exhaust gas regardless of the recirculated exhaust gas amount, which also leads to a lower efficiency of an optionally behind the exhaust manifold arranged turbocharger leads.
  • the response time of an oxidation catalyst is prolonged by the longer warm-up time of the engine in this case.
  • the coolant channel of the exhaust manifold forms a coolant jacket of the heat exchanger, so that no additional channels must be formed in the exhaust manifold.
  • the production is simplified.
  • the exhaust passage of the exhaust manifold arranged upstream of the exhaust gas recirculation valve and of the heat exchanger is at least partially surrounded by regions of the coolant jacket.
  • the exhaust manifold can be made of a light metal cast instead of being made of thermally resilient gray cast iron, without being thermally overloaded due to the hot exhaust gas.
  • the coolant channels of the at least one exhaust passage and the heat exchanger are arranged substantially parallel to each other and at least partially flows through in the opposite direction.
  • the first exhaust gas outlet leads to a turbocharger and is designed to be double-flowed, wherein the first flow is connected to a first exhaust gas channel, which is fluidically connected to a first cylinder group and the second flow is connected to a second exhaust gas channel which is fluidically connected to a second cylinder group is, wherein the first and the second exhaust passage are arranged parallel to each other and each having a connection to inlet chambers of the exhaust gas recirculation valve.
  • the housing of the exhaust manifold is a light metal casting, thereby reducing weight, resulting in a fuel economy advantage.
  • a coolant valve is provided on the exhaust manifold, via which the coolant flow can be switched off. During the cold start of the internal combustion engine can be interrupted by means of this coolant valve, the coolant flow for faster heating of the internal combustion engine, resulting in a reduction of the resulting emissions in the warm-up phase.
  • the exhaust gas routing device shown in the figures has an exhaust manifold 2 for a 6-cylinder engine, on which six exhaust gas inlets 4, 6 are formed, which can be attached via flange surfaces 8 to a cylinder head for fluid-carrying connection.
  • the exhaust gas inlets 4, 6 are divided into two groups on a housing 7 of the exhaust manifold 2, wherein the exhaust gas inlets 4 form the first group and open into a first exhaust passage 10 in the housing 7 of the exhaust manifold 2, which is parallel to a second exhaust passage 12 in the housing. 7 the exhaust manifold 2 is arranged, in which the second group of exhaust gas inlets 6 opens.
  • a first double-flow outlet 14 is formed, the first flow 16 is in flow communication with the first exhaust passage 10 and the second flow 18 is in flow communication with the second exhaust passage 12.
  • This outlet 14 has a flange surface 20, via which the exhaust manifold 2 can be connected either directly or via pipes to a turbine of a turbocharger.
  • the two exhaust gas channels 10, 12 each have a passage 22, 24 in two inlet chambers 26 of a channel housing 28 of an exhaust gas recirculation valve 30, of which an inlet chamber 26 in the FIG. 2 can be seen, and which is attached to the housing 7 of the exhaust manifold 2.
  • the exhaust gas recirculation valve 30 is formed in the present embodiment as a flap valve, on the shaft 32nd arranged two flap body 36, which each have an outlet of the inlet chambers 26 dominate.
  • the shaft 32 is mounted in the channel housing 28 and protrudes for actuation by the channel housing 28 in an actuator 34 of the exhaust gas recirculation valve 30.
  • Each valve body 36 is one of the position of the actuator 34 and the shaft 32, on which the valve body 36 are attached depending Flow cross-section in the channel housing 28 free.
  • the exhaust gas is deflected by 180 ° and flows back into the housing 7 of the exhaust manifold 2, which extends parallel to the two exhaust channels 10, 12.
  • a heat exchanger housing 38 is arranged, which has ribs 40 which extend into the interior of the heat exchanger housing 38 to improve the heat transfer.
  • the heat exchanger housing 38 is surrounded by coolant flowing between the heat exchanger housing 38 and the housing 7 of the exhaust manifold 2, so that this part of the housing 7 with the heat exchanger housing 38 forms a heat exchanger 42, the inner, exhaust gas flowed through channels of an outer coolant jacket 44 through the heat exchanger housing 38 is disconnected.
  • One of these exhaust gas flowed through channels is in fluid communication with the first exhaust passage 10 via the first inlet chamber 26, while the other is in fluid communication with the second exhaust passage 12 via the second chamber, not shown.
  • the coolant jacket 44 extends in the present embodiment, as in particular in FIG. 3 can be seen, even in areas 46 above and below the first and second exhaust passage 10, 12, so that they are also cooled by the coolant. This allows the formation of the exhaust manifold 2, for example made of light metal casting.
  • the coolant jacket 44 extends via a connection opening 47 into a coolant channel 48 arranged in the outer region of the housing 7 and from here into a coolant section 50 arranged in the channel housing 28 of the exhaust gas recirculation valve 30, whereby the channel housing 28 is likewise protected against overheating.
  • connection housing 54 of an aftercooler 56 is attached to the housing 7 of the exhaust manifold 2, whose inner housing 58 is connected to the heat exchanger housing 38.
  • the coolant jacket 44 of the heat exchanger 42 extends into the connection housing 54, so that the inner housing 58 is also surrounded by coolant.
  • a tube housing 60 Arranged on the connection housing 54 of the aftercooler 56 is a tube housing 60, which has a second exhaust gas outlet 62, which is connected to the intake manifold of the internal combustion engine for the recirculation of the exhaust gas.
  • an exhaust gas mass flow sensor 64 for determining the recirculated exhaust gas flow is arranged on this tube housing 60.
  • 60 check valves are arranged within the tube housing. Only behind the check valves, the separation of the two exhaust channels 10, 12, which continues through the exhaust gas recirculation valve 30 and the heat exchanger 42 to the check valves, repealed. Thus, pulsations in the exhaust system can be used to increase the exhaust gas recirculation rate.
  • exhaust gas flow in appropriate proportions on the exhaust ducts 10, 12 to the exhaust outlet 14 and from here to the turbocharger or via the exhaust gas recirculation valve 30 and the heat exchanger 42 to the second exhaust gas outlet 62 and from here to the intake manifold.
  • the described embodiment is easy to assemble as a unit and allows a space-reducing arrangement of the heat exchanger in the housing of the exhaust manifold, thereby eliminating lines.
  • the flow through the exhaust manifold with the coolant leads both to an effective cooling of the exhaust manifold itself to make this from sheet metal or light metal and with the arrangement of the heat exchanger in the housing of the exhaust manifold to a high radiator efficiency in the exhaust gas recirculation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The device has an exhaust manifold (2) with a housing (7) comprising exhaust gas passages (12). Multiple exhaust gas inlets (4, 6) are fluidically connected with the passages of a cylinder head or a crank case and with exhaust gas outlets (14, 62). An exhaust gas recirculation valve (30) is located directly on the manifold. A coolant channel (48) is formed in the housing. A heat exchanger is formed in the housing such that the flow of the valve is controlled, where the outlets are respectively arranged upstream and downstream of the heat exchanger.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasführungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgaskrümmer mit einem Gehäuse, in dem zumindest ein Abgaskanal, mehrere Abgaseinlässe, welche mit Abgaskanälen eines Zylinderkopfes oder eines Kurbelgehäuse fluidisch verbunden sind und zumindest ein Abgasauslass ausgebildet sind, einem Abgasrückführventil, welches direkt am Abgaskrümmer angeordnet ist und zumindest einem Kühlmittelkanal, der im Gehäuse des Abgaskrümmers ausgebildet ist.The invention relates to an exhaust gas routing device for an internal combustion engine having an exhaust manifold with a housing in which at least one exhaust duct, a plurality of exhaust gas inlets, which are fluidically connected to exhaust passages of a cylinder head or a crankcase and at least one exhaust outlet are formed, an exhaust gas recirculation valve, which is arranged directly on the exhaust manifold is and at least one coolant channel formed in the housing of the exhaust manifold.

Abgaskrümmer zur Aufnahme des Abgases aus den Verbrennungsräumen des Verbrennungsmotors werden zumeist aus hochtemperaturfestem Guss, wie beispielsweise Grauguss, hergestellt, da sonst die maximal zulässige thermische Belastung der Bauteile überschritten würde. Die bekannten Abgaskrümmer verfügen üblicherweise über ein, zwei oder drei Abgasauslässe, je nachdem, ob der Verbrennungsmotor mit oder ohne Turbolader ausgeführt ist und ob eine Abgasrückführung direkt den Abgaskrümmer als Abzweigung verwendet oder die Abzweigung zur Abgasrückführung erst hinter dem Abgaskrümmer angeordnet wird. Im Falle des Abzweigens am Abgaskrümmer wird ein Abgasrückführventil gegebenenfalls direkt am Abgaskrümmergehäuse befestigt. In der weiterführenden Abgasleitung zum Saugrohr wird in modernen Verbrennungsmotoren üblicherweise ein Abgaskühler angeordnet, um die Schadstoffemissionen in bekannter Weise reduzieren zu können.Exhaust manifold for receiving the exhaust gas from the combustion chambers of the internal combustion engine are usually made of high-temperature cast, such as gray cast iron, otherwise the maximum allowable thermal stress on the components would be exceeded. The known exhaust manifolds usually have one, two or three exhaust gas outlets, depending on whether the internal combustion engine is designed with or without a turbocharger and whether an exhaust gas recirculation directly uses the exhaust manifold as a branch or the exhaust gas recirculation branch is arranged only behind the exhaust manifold. In the case of branching off the exhaust manifold, an exhaust gas recirculation valve may be attached directly to the exhaust manifold housing. In the continuing exhaust pipe to the intake manifold, an exhaust gas cooler is usually arranged in modern internal combustion engines in order to be able to reduce the pollutant emissions in a known manner.

Derartige bekannte Abgasführungen weisen jedoch einen hohen Montageaufwand und Platzbedarf auf. Aus diesem Grund wird in der DE 10 2007 053 126 A1 eine Abgasführung vorgeschlagen, bei der im Abgaskrümmer Kühlmittelkanäle ausgebildet sind, die den Abgaskrümmer kühlen, so dass dessen thermische Belastung reduziert wird, wodurch der Abgaskrümmer als Blechteil oder Aluminiumgussteil ausgeführt werden kann. Zusätzlich wird vollständig auf einen Abgasrückführungskühler verzichtet und das Abgasrückführventil direkt an den Abgaskrümmer geflanscht. Hierdurch werden der benötigte Bauraum und der Montageaufwand reduziert.However, such known exhaust ducts have a high installation cost and space requirements. For this reason, in the DE 10 2007 053 126 A1 proposed an exhaust system in which in the exhaust manifold coolant channels are formed, which cool the exhaust manifold, so that its thermal load is reduced, whereby the exhaust manifold can be performed as a sheet metal part or aluminum casting. In addition, an exhaust gas recirculation cooler is completely dispensed with and the exhaust gas recirculation valve is flanged directly to the exhaust manifold. As a result, the required space and installation costs are reduced.

Nachteilig ist jedoch, dass die Kühlwirkung zur Optimierung der Schadstoffemissionen häufig nicht ausreichend hoch ist oder ein zu hoher Energieeintrag in das Kühlmittel erfolgt, da dieses unabhängig von der zurückgeführten Abgasmenge immer die gesamte Abgasmenge kühlt, was auch zu einem schlechteren Wirkungsgrad eines gegebenenfalls hinter dem Abgaskrümmer angeordneten Turbolader führt. Die Ansprechzeit eines Oxidationskatalysators wird durch die längere Warmlaufzeit des Motors in diesem Fall verlängert.The disadvantage, however, is that the cooling effect to optimize pollutant emissions is often not high enough or too high an energy input into the coolant takes place, as this always cools the entire amount of exhaust gas regardless of the recirculated exhaust gas amount, which also leads to a lower efficiency of an optionally behind the exhaust manifold arranged turbocharger leads. The response time of an oxidation catalyst is prolonged by the longer warm-up time of the engine in this case.

Es stellt sich daher die Aufgabe eine Abgasführungsvorrichtung zu schaffen, mit der nicht nur der Montageaufwand und der benötigte Bauraum möglichst gering sind, sondern zusätzlich ein guter Kühlwirkungsgrad für das zurückgeführte Abgas erreicht wird, wodurch Schadstoffemissionen weiter verringert werden können. Des Weiteren ist es wünschenswert, eine möglichst genaue Temperatursteuerung zu ermöglichen und den Turboladerwirkungsgrad zu erhalten.It is therefore the object to provide an exhaust gas routing device with which not only the assembly costs and the required installation space are as low as possible, but in addition a good cooling efficiency for the recirculated exhaust gas is achieved, whereby pollutant emissions can be further reduced. Furthermore, it is desirable to allow the most accurate temperature control possible and to maintain the turbocharger efficiency.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, dass im Gehäuse des Abgaskrümmers ein Wärmetauscher ausgebildet ist, dessen Durchströmung über das Abgasrückführventil regelbar ist, wobei der erste Abgasauslass des Abgaskrümmers stromaufwärts des Wärmetauschers angeordnet ist und ein zweiter Abgasauslass des Abgaskrümmers stromabwärts des Wärmetauschers angeordnet ist, wird erreicht, dass innerhalb des Gehäuses des Abgaskrümmers auch die Regelung und Kühlung des zurückgeführten Abgases verwirklicht wird. Insbesondere können hohe Kühlwirkungsgrade für das zurückgeführte Abgas erzielt werde, ohne zusätzliche Bauteile verwenden zu müssen. Eine Kühlung des nicht zum Saugrohr zurückgeführten Abgases kann wahlweise durchgeführt oder verhindert werden. Es wird eine kompakte und leicht zu montierende Einheit geschaffen.This object is achieved by the characterizing part of the main claim. Characterized in that in the housing of the exhaust manifold, a heat exchanger is formed, whose flow is regulated via the exhaust gas recirculation valve, wherein the first exhaust gas outlet of the exhaust manifold is disposed upstream of the heat exchanger and a second exhaust outlet of the exhaust manifold downstream of Heat exchanger is arranged, it is achieved that within the housing of the exhaust manifold and the regulation and cooling of the recirculated exhaust gas is realized. In particular, high cooling efficiencies for the recirculated exhaust gas can be achieved without having to use additional components. Cooling of the exhaust gas not returned to the intake manifold can be selectively performed or prevented. It creates a compact and easy to install unit.

Vorzugsweise bildet der Kühlmittelkanal des Abgaskrümmers einen Kühlmittelmantel des Wärmetauschers, so dass keine zusätzlichen Kanäle im Abgaskrümmer ausgebildet werden müssen. Hierdurch wird die Herstellung vereinfacht.Preferably, the coolant channel of the exhaust manifold forms a coolant jacket of the heat exchanger, so that no additional channels must be formed in the exhaust manifold. As a result, the production is simplified.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der stromaufwärts des Abgasrückführventils und des Wärmetauschers angeordnete Abgaskanal des Abgaskrümmers zumindest teilweise von Bereichen des Kühlmittelmantels umgeben. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann der Abgaskrümmer anstatt aus thermisch belastbare Grauguss aus einem Leichtmetalguss hergestellt werden, ohne thermisch aufgrund des heißen Abgases überlastet zu werden.In an advantageous embodiment of the invention, the exhaust passage of the exhaust manifold arranged upstream of the exhaust gas recirculation valve and of the heat exchanger is at least partially surrounded by regions of the coolant jacket. In such an embodiment, the exhaust manifold can be made of a light metal cast instead of being made of thermally resilient gray cast iron, without being thermally overloaded due to the hot exhaust gas.

Zur Minimierung des Bauraumbedarfs und zur Vereinfachung der Anordnung der Kühlmittelkanäle sind der zumindest eine Abgaskanal und der Wärmetauscher im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und zumindest teilweise in entgegengesetzter Richtung durchströmt.To minimize the space requirement and to simplify the arrangement of the coolant channels of the at least one exhaust passage and the heat exchanger are arranged substantially parallel to each other and at least partially flows through in the opposite direction.

Vorteilhafterweise führt der erste Abgasauslass zu einem Turbolader und ist zweiflutig ausgebildet, wobei die erste Flut mit einem ersten Abgaskanal verbunden ist, der mit einer ersten Zylindergruppe fluidisch verbunden ist und die zweite Flut mit einem zweiten Abgaskanal verbunden ist, der mit einer zweiten Zylindergruppe fluidisch verbunden ist, wobei der erste und der zweite Abgaskanal parallel zueinander angeordnet sind und jeweils eine Verbindung zu Einlasskammern des Abgasrückführventils aufweisen. Dies führt zu günstigen Strömungsverhältnissen im Abgaskrümmer und bei der Anströmung des Turboladers.Advantageously, the first exhaust gas outlet leads to a turbocharger and is designed to be double-flowed, wherein the first flow is connected to a first exhaust gas channel, which is fluidically connected to a first cylinder group and the second flow is connected to a second exhaust gas channel which is fluidically connected to a second cylinder group is, wherein the first and the second exhaust passage are arranged parallel to each other and each having a connection to inlet chambers of the exhaust gas recirculation valve. This leads to favorable flow conditions in the exhaust manifold and in the flow of the turbocharger.

Vorzugsweise ist das Gehäuse des Abgaskrümmers ein Leichtmetallgussteil, wodurch Gewicht reduziert wird, was zu einem Kraftstoffverbrauchsvorteil führt.Preferably, the housing of the exhaust manifold is a light metal casting, thereby reducing weight, resulting in a fuel economy advantage.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist am Abgaskrümmer ein Kühlmittelventil vorgesehen, über welches der Kühlmittelstrom abschaltbar ist. Beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine kann mittels dieses Kühlmittelventils der Kühlmittelstrom zur schnelleren Aufheizung der Verbrennungskraftmaschine unterbrochen werden, was eine Verringerung der in der Warmlaufphase entstehenden Emissionen zur Folge hat.In a further advantageous embodiment, a coolant valve is provided on the exhaust manifold, via which the coolant flow can be switched off. During the cold start of the internal combustion engine can be interrupted by means of this coolant valve, the coolant flow for faster heating of the internal combustion engine, resulting in a reduction of the resulting emissions in the warm-up phase.

Es wird somit eine Abgasführungsvorrichtung geschaffen mit der die Schadstoffemissionen und der Kraftstoffverbrauch aufgrund guter Kühlerwirkungsgrade und geringer Gewichte weiter gesenkt werden kann. Gleichzeitig wird der Montageaufwand und der benötigte Bauraum minimiert.There is thus provided an exhaust gas routing device with which the pollutant emissions and fuel consumption due to good radiator efficiencies and low weights can be further reduced. At the same time the installation effort and the required space is minimized.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasführungsvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

  • Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Abgasführungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht.
  • Figur 2 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Abgasführungsvorrichtung der Figur 1 in perspektivischer Darstellung.
  • Figur 3 zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Abgasführungsvorrichtung in geschnittener Darstellung.
An embodiment of an exhaust gas routing device according to the invention is shown in the figures and will be described below.
  • FIG. 1 shows a plan view of an exhaust gas routing device according to the invention in a perspective view.
  • FIG. 2 shows a partially cutaway view of the exhaust gas routing device of the invention FIG. 1 in perspective view.
  • FIG. 3 shows a cross section of the exhaust gas routing device according to the invention in a sectional view.

Die in den Figuren dargestellte Abgasführungsvorrichtung weist einen Abgaskrümmer 2 für einen 6-Zylinder-Motor auf, an dem sechs Abgaseinlässe 4, 6 ausgebildet sind, die über Flanschflächen 8 an einem Zylinderkopf zur fluidführenden Verbindung befestigt werden können.The exhaust gas routing device shown in the figures has an exhaust manifold 2 for a 6-cylinder engine, on which six exhaust gas inlets 4, 6 are formed, which can be attached via flange surfaces 8 to a cylinder head for fluid-carrying connection.

Die Abgaseinlässe 4, 6 sind an einem Gehäuse 7 des Abgaskrümmers 2 in zwei Gruppen aufgeteilt, wobei die Abgaseinlässe 4 die erste Gruppe bilden und in einen ersten Abgaskanal 10 im Gehäuse 7 des Abgaskrümmers 2 münden, der parallel zu einem zweiten Abgaskanal 12 im Gehäuse 7 des Abgaskrümmers 2 angeordnet ist, in den die zweite Gruppe von Abgaseinlässen 6 mündet.The exhaust gas inlets 4, 6 are divided into two groups on a housing 7 of the exhaust manifold 2, wherein the exhaust gas inlets 4 form the first group and open into a first exhaust passage 10 in the housing 7 of the exhaust manifold 2, which is parallel to a second exhaust passage 12 in the housing. 7 the exhaust manifold 2 is arranged, in which the second group of exhaust gas inlets 6 opens.

Am Abgaskrümmer 2 ist ein erster zweiflutigen Auslass 14 ausgebildet, dessen erste Flut 16 in Strömungsverbindung zum ersten Abgaskanal 10 steht und dessen zweite Flut 18 in Strömungsverbindung zum zweiten Abgaskanal 12 steht. Dieser Auslass 14 weist eine Flanschfläche 20 auf, über die der Abgaskrümmer 2 entweder direkt oder über Rohrleitungen mit einer Turbine eines Turboladers verbunden werden kann.At the exhaust manifold 2, a first double-flow outlet 14 is formed, the first flow 16 is in flow communication with the first exhaust passage 10 and the second flow 18 is in flow communication with the second exhaust passage 12. This outlet 14 has a flange surface 20, via which the exhaust manifold 2 can be connected either directly or via pipes to a turbine of a turbocharger.

Die beiden Abgaskanäle 10, 12 weisen jeweils einen Durchlass 22, 24 in zwei Einlasskammern 26 eines Kanalgehäuses 28 eines Abgasrückführventils 30 auf, von denen eine Einlasskammer 26 in der Figur 2 zu erkennen ist, und welches am Gehäuse 7 des Abgaskrümmers 2 befestigt ist. Das Abgasrückführventil 30 ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel als Klappenventil ausgebildet ist, auf dessen Welle 32 zwei Klappenkörper 36 angeordnet, welche jeweils einen Ausgang der Einlasskammern 26 beherrschen. Die Welle 32 ist im Kanalgehäuse 28 gelagert und ragt zur Betätigung durch das Kanalgehäuse 28 in einen Aktuator 34 des Abgasrückführventils 30. Jeder Klappenkörper 36 gibt dabei einen von der Stellung des Aktuators 34 beziehungsweise der Welle 32, auf der die Klappenkörper 36 befestigt sind, abhängigen Durchströmungsquerschnitt im Kanalgehäuse 28 frei.The two exhaust gas channels 10, 12 each have a passage 22, 24 in two inlet chambers 26 of a channel housing 28 of an exhaust gas recirculation valve 30, of which an inlet chamber 26 in the FIG. 2 can be seen, and which is attached to the housing 7 of the exhaust manifold 2. The exhaust gas recirculation valve 30 is formed in the present embodiment as a flap valve, on the shaft 32nd arranged two flap body 36, which each have an outlet of the inlet chambers 26 dominate. The shaft 32 is mounted in the channel housing 28 and protrudes for actuation by the channel housing 28 in an actuator 34 of the exhaust gas recirculation valve 30. Each valve body 36 is one of the position of the actuator 34 and the shaft 32, on which the valve body 36 are attached depending Flow cross-section in the channel housing 28 free.

Im Kanalgehäuse 28 wird das Abgas um 180° umgelenkt und strömt zurück in das Gehäuse 7 des Abgaskrümmers 2, das sich parallel zu den beiden Abgaskanälen 10, 12 erstreckt. In diesem Bereich des Gehäuses 7 ist ein Wärmetauschergehäuse 38 angeordnet, welches Rippen 40 aufweist, die sich ins Innere des Wärmetauschergehäuses 38 zur Verbesserung des Wärmeübergangs erstrecken. Das Wärmetauschergehäuse 38 ist von Kühlmittel umströmt, weiches zwischen dem Wärmetauschergehäuse 38 und dem Gehäuse 7 des Abgaskrümmers 2 strömt, so dass dieser Teil des Gehäuses 7 mit dem Wärmetauschergehäuse 38 einen Wärmetauscher 42 bildet, dessen innere, Abgas durchströmte Kanäle von einem äußeren Kühlmittelmantel 44 durch das Wärmetauschergehäuse 38 getrennt ist. Einer dieser Abgas durchströmten Kanäle steht in fluidische Verbindung mit dem ersten Abgaskanal 10 über die erste Einlasskammer 26, während der andere über die zweite, nicht dargestellte Kammer mit dem zweiten Abgaskanal 12 in fluidischer Verbindung steht.In the channel housing 28, the exhaust gas is deflected by 180 ° and flows back into the housing 7 of the exhaust manifold 2, which extends parallel to the two exhaust channels 10, 12. In this region of the housing 7, a heat exchanger housing 38 is arranged, which has ribs 40 which extend into the interior of the heat exchanger housing 38 to improve the heat transfer. The heat exchanger housing 38 is surrounded by coolant flowing between the heat exchanger housing 38 and the housing 7 of the exhaust manifold 2, so that this part of the housing 7 with the heat exchanger housing 38 forms a heat exchanger 42, the inner, exhaust gas flowed through channels of an outer coolant jacket 44 through the heat exchanger housing 38 is disconnected. One of these exhaust gas flowed through channels is in fluid communication with the first exhaust passage 10 via the first inlet chamber 26, while the other is in fluid communication with the second exhaust passage 12 via the second chamber, not shown.

Der Kühlmittelmantel 44 erstreckt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie insbesondere in Figur 3 zu erkennen ist, auch in Bereiche 46 oberhalb und unterhalb des ersten und zweiten Abgaskanals 10, 12, so dass diese ebenfalls durch das Kühlmittel gekühlt werden. Dies ermöglicht die Ausbildung des Abgaskrümmers 2 beispielsweise aus Leichtmetallguss.The coolant jacket 44 extends in the present embodiment, as in particular in FIG. 3 can be seen, even in areas 46 above and below the first and second exhaust passage 10, 12, so that they are also cooled by the coolant. This allows the formation of the exhaust manifold 2, for example made of light metal casting.

Zusätzlich erstreckt sich der Kühlmittelmantel 44 über eine Verbindungsöffnung 47 in einen im äußeren Bereich des Gehäuses 7 angeordneten Kühlmittelkanal 48 und von hier aus in einen im Kanalgehäuse 28 des Abgasrückführventils 30 angeordneten Kühlmittelabschnitt 50, wodurch das Kanalgehäuse 28 ebenfalls vor Überhitzung geschützt wird. Auch eine zusätzliche Umströmung der Klappe 36 über einen Kühlmittelkanal 52 im umgebenden Kanalgehäuse 28, der mit dem Kühlmittelmantel 44 in fluidischer Verbindung steht, ist ausführbar, wodurch der Aktuator 34 zusätzlich gegen thermische Überlastung geschützt wird.In addition, the coolant jacket 44 extends via a connection opening 47 into a coolant channel 48 arranged in the outer region of the housing 7 and from here into a coolant section 50 arranged in the channel housing 28 of the exhaust gas recirculation valve 30, whereby the channel housing 28 is likewise protected against overheating. An additional flow around the flap 36 via a coolant channel 52 in the surrounding channel housing 28, which is in fluid communication with the coolant jacket 44, is executable, whereby the actuator 34 is additionally protected against thermal overload.

Stromabwärts des Wärmetauschers 42 ist am Gehäuse 7 des Abgaskrümmers 2 ein Anschlussgehäuse 54 eines Nachkühlers 56 befestigt, dessen Innengehäuse 58 mit dem Wärmetauschergehäuse 38 verbunden ist. Der Kühlmittelmantel 44 des Wärmetauschers 42 erstreckt sich in das Anschlussgehäuse 54, so dass das Innengehäuse 58 ebenfalls von Kühlmittel umströmt wird.Downstream of the heat exchanger 42, a connection housing 54 of an aftercooler 56 is attached to the housing 7 of the exhaust manifold 2, whose inner housing 58 is connected to the heat exchanger housing 38. The coolant jacket 44 of the heat exchanger 42 extends into the connection housing 54, so that the inner housing 58 is also surrounded by coolant.

Am Anschlussgehäuse 54 des Nachkühlers 56 ist ein Rohrgehäuse 60 angeordnet, weiches einen zweiten Abgasauslass 62 aufweist, der mit dem Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine zur Rückführung des Abgases verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist an diesem Rohrgehäuse 60 ein Abgasmassenstromsensor 64 zur Bestimmung des rückgeführten Abgasstromes angeordnet. Des Weiteren sind innerhalb des Rohrgehäuses 60 Rückschlagventile angeordnet. Erst hinter den Rückschlagventilen wird die Trennung der beiden Abgaskanälen 10, 12, die sich über das Abgasrückführventil 30 und den Wärmetauscher 42 bis zu den Rückschlagventilen fortsetzt, aufgehoben. So können Pulsationen im Abgasstrang zur Erhöhung der Abgasrückführrate genutzt werden.Arranged on the connection housing 54 of the aftercooler 56 is a tube housing 60, which has a second exhaust gas outlet 62, which is connected to the intake manifold of the internal combustion engine for the recirculation of the exhaust gas. In the present exemplary embodiment, an exhaust gas mass flow sensor 64 for determining the recirculated exhaust gas flow is arranged on this tube housing 60. Furthermore, 60 check valves are arranged within the tube housing. Only behind the check valves, the separation of the two exhaust channels 10, 12, which continues through the exhaust gas recirculation valve 30 and the heat exchanger 42 to the check valves, repealed. Thus, pulsations in the exhaust system can be used to increase the exhaust gas recirculation rate.

Je nach Stellung der Klappen 36 wird somit der in den Abgaskrümmer 2 strömende Abgasstrom in entsprechenden Anteilen über die Abgaskanälen 10, 12 zum Abgasauslass 14 und von hier zum Turbolader oder über das Abgasrückführventil 30 und den Wärmetauscher 42 zum zweiten Abgasauslass 62 und von hier aus zum Saugrohr geleitet.Depending on the position of the flaps 36 thus flowing into the exhaust manifold 2 exhaust gas flow in appropriate proportions on the exhaust ducts 10, 12 to the exhaust outlet 14 and from here to the turbocharger or via the exhaust gas recirculation valve 30 and the heat exchanger 42 to the second exhaust gas outlet 62 and from here to the intake manifold.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist als Baueinheit einfach zu montieren und ermöglicht eine bauraumreduzierende Anordnung des Wärmetauschers im Gehäuse des Abgaskrümmers, wodurch Leitungen entfallen. Die Durchströmung des Abgaskrümmers mit dem Kühlmittel führt sowohl zu einer effektiven Kühlung des Abgaskrümmers selbst, um diesen aus Blech oder Leichtmetall herstellen zu können als auch mit der Anordnung des Wärmetauschers im Gehäuse des Abgaskrümmers zu einem hohen Kühlerwirkungsgrad bei der Abgasrückführung.The described embodiment is easy to assemble as a unit and allows a space-reducing arrangement of the heat exchanger in the housing of the exhaust manifold, thereby eliminating lines. The flow through the exhaust manifold with the coolant leads both to an effective cooling of the exhaust manifold itself to make this from sheet metal or light metal and with the arrangement of the heat exchanger in the housing of the exhaust manifold to a high radiator efficiency in the exhaust gas recirculation.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der Ansprüche nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern verschiedene konstruktive Änderungen, insbesondere bezüglich der Anordnung der Kanäle zueinander oder der Trennflächen der Gehäuse denkbar sind. Selbstverständlich können auch unterschiedliche Arten von Abgasrückführventilen verwendet werden. Insbesondere kann zur schnelleren Aufheizung am Abgaskrümmer zusätzlich ein Kühlmittelventil angeordnet werden, über welches der Kühlmittelstrom abschaltbar ist.It should be clear that the scope of the claims is not limited to the embodiment described, but various structural changes, in particular with respect to the arrangement of the channels to each other or the parting surfaces of the housing are conceivable. Of course, different types of exhaust gas recirculation valves can be used. In particular, a coolant valve can additionally be arranged for faster heating on the exhaust manifold, via which the coolant flow can be switched off.

Claims (7)

Abgasführungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgaskrümmer (2) mit einem Gehäuse (7), in dem zumindest ein Abgaskanal (10, 12), mehrere Abgaseinlässe (4, 6), welche mit Abgaskanälen eines Zylinderkopfes oder eines Kurbelgehäuses fluidisch verbunden sind und zumindest ein Abgasauslass (14) ausgebildet sind,
einem Abgasrückführventil (30), welches direkt am Abgaskrümmer (2) angeordnet ist und
zumindest einem Kühlmittelkanal, der im Gehäuse (7) des Abgaskrümmers (2) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Gehäuse (7) des Abgaskrümmers (2) ein Wärmetauscher (42) ausgebildet ist, dessen Durchströmung über das Abgasrückführventil (30) regelbar ist, wobei der erste Abgasauslass (14) des Abgaskrümmers (2) stromaufwärts des Wärmetauschers (42) angeordnet ist und ein zweiter Abgasauslass (62) des Abgaskrümmers (2) stromabwärts des Wärmetauschers (42) angeordnet ist.An exhaust gas routing device for an internal combustion engine having an exhaust manifold (2) with a housing (7) in which at least one exhaust passage (10, 12), a plurality of exhaust gas inlets (4, 6) which are fluidically connected to exhaust passages of a cylinder head or a crankcase and at least one Exhaust outlet (14) are formed,
an exhaust gas recirculation valve (30), which is arranged directly on the exhaust manifold (2) and
at least one coolant channel formed in the housing (7) of the exhaust manifold (2),
characterized in that
in the housing (7) of the exhaust manifold (2) a heat exchanger (42) is formed whose flow through the exhaust gas recirculation valve (30) is controllable, wherein the first exhaust gas outlet (14) of the exhaust manifold (2) upstream of the heat exchanger (42) is arranged and a second exhaust outlet (62) of the exhaust manifold (2) is disposed downstream of the heat exchanger (42). Abgasführungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlmittelkanal des Abgaskrümmers (2) einen Kühlmittelmantel (44) des Wärmetauschers (42) bildet.Exhaust gas routing device for an internal combustion engine according to claim 1,
characterized in that
the coolant channel of the exhaust manifold (2) forms a coolant jacket (44) of the heat exchanger (42). Abgasführungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine stromaufwärts des Abgasrückführventils (30) und des Wärmetauschers (42) angeordnete Abgaskanal (10, 12) des Abgaskrümmers (2) zumindest teilweise von Bereichen (46) des Kühlmittelmantels (44) umgeben ist.Exhaust gas routing device for an internal combustion engine according to one of the claims 2,
characterized in that
the at least one exhaust duct (10, 12) of the exhaust manifold (2) arranged upstream of the exhaust gas recirculation valve (30) and of the heat exchanger (42) is at least partially surrounded by regions (46) of the coolant jacket (44). Abgasführungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine Abgaskanal (10, 12) und der Wärmetauscher (42) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und zumindest teilweise in entgegengesetzter Richtung durchströmt sind.Exhaust gas routing device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the at least one exhaust gas duct (10, 12) and the heat exchanger (42) are arranged substantially parallel to one another and at least partially flowed through in the opposite direction. Abgasführungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Abgasauslass (14) zu einem Turbolader führt und zweiflutig ausgebildet ist, wobei die erste Flut (16) mit einem ersten Abgaskanal (10) verbunden ist, der mit einer ersten Zylindergruppe fluidisch verbunden ist und die zweite Flut (18) mit einem zweiten Abgaskanal (12) verbunden ist, der mit einer zweiten Zylindergruppe fluidisch verbunden ist, wobei der erste und der zweite Abgaskanal (10, 12) parallel zueinander angeordnet sind und jeweils einen Durchlass (22, 24) zu Einlasskammern (26) des Abgasrückführventils (30) aufweisen.Exhaust gas routing device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the first exhaust gas outlet (14) leads to a turbocharger and is designed to be double-flowed, wherein the first flow (16) is connected to a first exhaust gas channel (10), which is fluidically connected to a first cylinder group and the second flow (18) to a second one Exhaust passage (12) is fluidly connected to a second cylinder group, wherein the first and the second exhaust passage (10, 12) are arranged parallel to each other and each have a passage (22, 24) to inlet chambers (26) of the exhaust gas recirculation valve (30 ) exhibit. Abgasführungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (7) des Abgaskrümmers (2) ein Leichtmetallgussteil ist.Exhaust gas routing device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the housing (7) of the exhaust manifold (2) is a light metal casting. Abgasführungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Abgaskrümmer (2) ein Kühlmittelventil vorgesehen ist, über welches der Kühlmittelstrom abschaltbar ist.Exhaust gas routing device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that
on the exhaust manifold (2) a coolant valve is provided, via which the coolant flow can be switched off.
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